Čelični odljevci otporni na toplinu postupkom investicijskog lijevanja

Čelik otporan na toplinu odnosi se na čelik s visokotemperaturnom otpornošću na oksidaciju i visokotemperaturnom čvrstoćom. Otpornost na visokotemperaturnu oksidaciju važan je uvjet za osiguranje dugotrajnog rada obradaka na visokoj temperaturi. U oksidirajućem okruženju kao što je zrak visoke temperature, kisik kemijski reagira s čeličnom površinom stvarajući različite slojeve željeznog oksida. Oksidni sloj je vrlo labav, gubi izvorne karakteristike čelika i lako otpada. Kako bi se poboljšala otpornost čelika na oksidaciju pri visokim temperaturama, čeliku se dodaju legirajući elementi za promjenu strukture oksida. Uobičajeno korišteni legirajući elementi su krom, nikal, krom, silicij, aluminij i tako dalje. Otpornost čelika na oksidaciju pri visokim temperaturama povezana je samo s kemijskim sastavom.

Visokotemperaturna čvrstoća odnosi se na sposobnost čelika da izdrži mehanička opterećenja dugo vremena na visokim temperaturama. Postoje dva glavna učinka čelika pod mehaničkim opterećenjem na visokoj temperaturi. Jedan je omekšavanje, odnosno čvrstoća opada s povećanjem temperature. Drugi je puzanje, odnosno pod djelovanjem stalnog naprezanja količina plastične deformacije polako raste s vremenom. Plastična deformacija čelika na visokoj temperaturi uzrokovana je intragranularnim klizanjem i klizanjem granica zrna. Kako bi se poboljšala otpornost čelika na visoke temperature, obično se koriste metode legiranja. To jest, čeliku se dodaju legirajući elementi kako bi se poboljšala sila vezivanja između atoma i stvorila povoljna struktura. Dodavanje kroma, molibdena, volframa, vanadija, titana itd. može ojačati čeličnu matricu, povećati temperaturu rekristalizacije, a također može formirati karbide faze ojačanja ili intermetalne spojeve, kao što su Cr23C6, VC, TiC itd. Ove faze ojačanja su stabilni na visokim temperaturama, ne otapaju se, ne nakupljaju se i zadržavaju svoju tvrdoću. Nikal se dodaje uglavnom za dobivanjeaustenit. Atomi u austenitu su raspoređeni čvršće nego u feritu, sila vezivanja između atoma je jača, a difuzija atoma je teža. Stoga je čvrstoća austenita na visokim temperaturama bolja. Može se vidjeti da otpornost na visoke temperature čelika otpornog na toplinu nije povezana samo s kemijskim sastavom, već i s mikrostrukturom.

Visoko legirana otporna na toplinučelični odljevcinaširoko se koriste u prilikama gdje radna temperatura prelazi 650 ℃. Čelični odljevci otporni na toplinu odnose se na čelike koji rade na visokim temperaturama. Razvoj čeličnih odljevaka otpornih na toplinu usko je povezan s tehnološkim napretkom raznih industrijskih sektora kao što su elektrane, kotlovi, plinske turbine, motori s unutarnjim izgaranjem i zrakoplovni motori. Zbog različitih temperatura i naprezanja koje koriste različiti strojevi i uređaji, kao i različitih okruženja, različite su i vrste čelika.

Standardi lijevanog čelika otpornog na toplinu u različitim zemljama
1) Kineski standard
GB/T 8492-2002 "Tehnički uvjeti za čelične odljevke otporne na toplinu" specificira stupnjeve i mehanička svojstva raznih lijevanih čelika otpornih na toplinu pri sobnoj temperaturi.
2) Europski standard
EN 10295-2002 standardi za lijevani čelik otporan na toplinu uključuju austenitni nehrđajući čelik otporan na toplinu, feritni nehrđajući čelik otporan na toplinu i austenitno-feritni dupleks nehrđajući čelik otporan na toplinu, kao i legure na bazi nikla i legure na bazi kobalta.
3) Američki standardi
Kemijski sastav naveden u ANSI/ASTM 297-2008 "Opći industrijski čelični odljevci željezo-krom, željezo-krom-nikal otporni na toplinu" osnova je za prihvaćanje, a ispitivanje mehaničke učinkovitosti provodi se samo kada to kupac zatraži na vrijeme naručivanja. Ostali američki standardi koji uključuju lijevani čelik otporan na toplinu uključuju ASTM A447/A447M-2003 i ASTM A560/560M-2005.
4) Njemački standard
U DIN 17465 "Tehnički uvjeti za čelične odljevke otporne na toplinu" zasebno su specificirani kemijski sastav, mehanička svojstva na sobnoj temperaturi i mehanička svojstva na visokim temperaturama različitih vrsta čelika otpornih na toplinu.
5) Japanski standard
Ocjene u JISG5122-2003 "Čelični odljevci otporni na toplinu" u osnovi su iste kao američki standard ASTM.
6) Ruski standard
Postoji 19 vrsta lijevanog čelika otpornog na toplinu navedenih u GOST 977-1988, uključujući čelike otporne na toplinu sa srednjim i visokim udjelom kroma.

Utjecaj kemijskog sastava na životni vijek čelika otpornog na toplinu
Postoji dosta različitih kemijskih elemenata koji mogu utjecati na životni vijek čelika otpornog na toplinu. Ti se učinci očituju u povećanju stabilnosti strukture, sprječavanju oksidacije, stvaranju i stabilizaciji austenita te sprječavanju korozije. Na primjer, elementi rijetke zemlje, koji su elementi u tragovima u čeliku otpornom na toplinu, mogu značajno poboljšati otpornost čelika na oksidaciju i promijeniti termoplastičnost. Osnovni materijali čelika i legura otpornih na toplinu općenito biraju metale i legure s relativno visokim talištem, visokom energijom aktivacije samodifuzije ili niskom energijom greške pri slaganju. Različiti čelici otporni na toplinu i visokotemperaturne legure imaju vrlo visoke zahtjeve u procesu taljenja, jer će prisutnost uključaka ili određenih metalurških nedostataka u čeliku smanjiti granicu izdržljivosti materijala.

Utjecaj napredne tehnologije kao što je obrada otopinom na životni vijek čelika otpornog na toplinu
Za metalne materijale, korištenje različitih postupaka toplinske obrade utjecat će na strukturu i veličinu zrna, čime će se promijeniti stupanj težine toplinske aktivacije. U analizi sloma odljevka postoji mnogo čimbenika koji dovode do sloma, uglavnom toplinski zamor dovodi do početka i razvoja pukotine. Sukladno tome, postoji niz čimbenika koji utječu na nastanak i širenje pukotina. Među njima je iznimno važan sadržaj sumpora jer se pukotine uglavnom razvijaju duž sulfida. Na sadržaj sumpora utječe kvaliteta sirovina i njihovo taljenje. Za odljevke koji rade u zaštitnoj atmosferi vodika, ako je sumporovodik sadržan u vodiku, odljevci će biti sumporirani. Drugo, primjerenost tretmana otopinom utjecat će na čvrstoću i žilavost odljevka.